专利名称：公路收费监管路段的收费监控系统及其监控方法
技术领域：
本发明涉及公路收费监管路段的收费监控系统及其监控方法。主要应用于高速公路或国道等收费监管领域，对收费过程进行稽查，及时发现舞弊行为。
背景技术：
近年来我国公路建设的迅猛发展，公路建设多数采用贷款修路、收费还贷的建设、经营方针。由于利益驱动，在高速公路收费过程中目前存在着各种各样的舞弊现象，如换卡、换牌、车型降档、私自放车(收费变免费)等。同时，相关部门管理上有对各种违章车辆进行稽查的需求。
目前，高速公路收费管理中大多引入了计算机系统，并且，至少实现了分段联网收费。牌照识别技术也已发展的比较成熟，在公路收费系统的应用已经非常普遍，并且都能够实现提供牌照识别结果和车辆图片等功能，其采用的补光设备、摄像头和数字信号处理单元都为现有成熟的设备，在市场上广为使用，基于OCR的牌照识别技术也已经相当成熟，其中的车牌定位、字符分割、字符识别、图像匹配等算法广泛见于公开发表的技术文献中。
但是，收费监管系统对牌照识别技术的应用手段比较单一，目前牌照识别技术的应用都是作为收费系统的一部分存在，而没有独立于收费系统的对收费过程进行全程、实时监管的方法，因此在逻辑上存在着“监视系统”从属于“被监视系统”所导致的许多问题，导致现有的收费稽查系统无法从独立系统的角度对作弊车辆进行更有力的稽查和处罚；同时目前应用的系统只是利用了与牌照识别结果和图像，而没有综合利用包括车辆当前的信息、历史信息、收费系统提供的辅助信息、相关车辆信息、车流量以及行驶路径信息、与收费车辆相关车辆的收费历史数据等，作为车辆作弊的证据，同时在对车辆进行一次作弊处罚的同时，无法根据该车辆的历史信息对以前的作弊行为一并处罚，使逃费车辆的“成本”大大降低，降低了对于作弊现象的威慑作用。
因此，目前在引入了牌照识别技术的情况下，高速公路收费中还是大量存在各种舞弊问题。这在牌照识别技术发展比较成熟并且高速公路收费系统大量应用牌照识别技术的背景下是一个很大的遗憾。
发明内容
本发明是为了解决现有公路收费系统存在的问题而提供的一种利用牌照识别技术进行公路收费监管路段的收费监控系统及其监控方法，该系统和方法将现有的牌照识别技术和基于网络数据库的数据存储处理技术结合起来，形成一个独立于收费系统的收费监管系统，对车辆通行数据进行综合处理、检验、告警、存储，对车辆收费过程实现自动、智能监控，能及时发现收费过程中的舞弊现象。
本发明采取的技术方案是一种公路收费监管路段的收费监控系统，包括设在收费监管路段的入口处和出口处的路段上的车辆检测装置，分别与所述各车辆检测装置连接的车道收费终端，以及通过网络与车道收费终端相连接的数据管理中心，其特点是，还包括分别悬挂设在收费监管路段的入口处和出口处的车牌识别装置，所述各车牌识别装置与各自路段设置的车道收费终端相邻，其视角与设置该车辆检测装置的车道正对，并覆盖该路段上设置的车辆检测装置；所述各车牌识别装置到输入端与各自路段设置的车辆检测装置的输出端连接，其输出端与各自路段设置的车道收费终端相连接。
上述一种公路收费监管路段的收费监控系统，其中，所述的车牌识别装置包括防护罩和设在防护罩内的成像处理电路；所述的成像处理电路由图像采集单元和数字信号处理单元构成，所述的图像采集单元包括设在防护罩内适当位置的摄像头和补光装置，摄像头和补光装置双向连接保持同步；所述的数字信号处理单元的输入端与图像采集单元中的摄像头输出端口连接，数字信号处理单元的输出与图像采集单元的补光装置的输入端连接，数字信号处理单元同时通过网络与车道收费终端连接。
公路收费监管路段的收费监控方法，其特点是，包括以下步骤1)车辆到达收费监管路段入口检测处，该处车辆检测装置检测到车辆到达并触发与之连接的该处牌照识别装置；2)入口检测处牌照识别装置抓拍图像、识别出牌照号，并实时输出所述车辆的牌照信息；3)入口检测处牌照信息连同该处收费系统产生的车辆收费信息保存到该处车道收费终端，同时通过网络传输到数据管理中心；4)同时入口检测处的车辆收费信息和部分牌照信息存入通行卡中，由车辆自行带到某出口处；5)车辆到达某出口处，该出口处的车辆检测装置检测到车辆到达，并触发与之连接的该处牌照识别装置；6)该出口处的牌照识别装置抓拍图像、识别出牌照号，并输出牌照信息到该处车道收费终端；7)该处的车道收费终端产生车辆的收费信息，并将通行卡所带的入口监测处信息、该出口处的车辆收费信息和车牌信息、结合数据管理中心保存的入口监测处输出的信息、历史数据、车流量信息进行自动比对分析，检查收费数据是否有异常现象；根据分析结论，返回稽查指令给该出口处收费终端；8)该出口处的收费终端将最终收费信息和车牌信息保存至数据管理中心，以形成完整的、可共享的车辆信息数据库，供甄别车辆收费数据所用。
上述公路收费监管路段的收费监控方法，其中，步骤3)中和步骤6)中输出的车牌照信息包括牌照号码、车牌二值化图像、车辆图像。
上述公路收费监管路段的收费监控方法，其中，步骤7)所述的分析比对的数据包括入口处和出口处的牌照号码比对、入口处和出口处的牌照图像比对、入口处到出口处之间的参考标准旅行时间、入口处和出口处产生的收费数据、存储在数据管理中心的历史收费数据、当前车流量以及行驶路径信息和各种与车辆相关的信息。
上述公路收费监管路段的收费监控方法，其中，所述的入口处到出口处之间的参考标准旅行时间采用根据该车辆行驶的路线上车流量情况，车辆进入服务区和发生故障报修的记录情况，在相邻时间段内与其行驶路径相同的其它车辆的旅行时间动态确定的方法。
上述公路收费监管路段的收费监控方法，其中，存储在数据管理中心的各种与车辆相关的信息包括含有车牌信息的违章车辆的数据、含有车牌信息的特殊车辆数据库，含有车牌信息的异常收费数据以及收费员信息等。
由于本发明采用了以上的技术方案，在逻辑上解决了“监视系统”从属于“被监视系统”所导致的问题，能够从独立系统的角度对作弊车辆进行更有力的稽查和处罚。在现有技术中，由于模式识别的技术本身特点，牌照识别系统的识别率不可能达到100％，一般只有95％左右，这意味着大约平均100辆车就有10辆左右在出口和入口的识别结果会不同，因此只采用牌照识别系统提供的信息会导致由于系统识别精度不足而产生的误报，而这个误报率(接近10％)是用户无法接受的，这直接导致了牌照识别系统在收费监管系统中无法正常使用，因此本发明综合利用了包括牌照识别系统数据在内的与收费相关的各种信息，降低了系统的误报率，这些信息包括入口处和出口处的牌照号码比对，入口处和出口处的牌照图像比对，入口处和出口处间的参考标准旅行时间，入口处和出口处产生的收费数据，存储在数据管理中心的历史收费数据和相关车辆信息，含有车牌信息的违章车辆数据库，含有车牌信息的特殊车辆数据库，含有车牌信息的异常收费数据以及有关收费员信息等，对车辆当前的信息、历史信息、收费系统提供的辅助信息、相关车辆信息、车流量以及行驶路径信息等用融合处理的算法综合判断车辆的性质；利用了该车辆和与该车辆相关车辆的收费历史数据，作为车辆作弊的证据，同时在对车辆进行一次作弊处罚的同时，可以根据该车辆的历史信息对以前的作弊行为一并处罚，既加大了对于作弊车辆的处罚力度，又提高了对于作弊现象的威慑作用。
本发明的具体性能特征由以下的实施例及其附图进一步说明。
图1是本发明公路收费监管路段的收费监控系统结构示意图。
图2是本发明公路收费监管路段的收费监控系统中牌照识别装置的外观示意图。
图3是本发明公路收费监管路段的收费监控系统中牌照识别装置的电路方框图。
图4是本发明公路收费监管路段的收费监控方法的流程图。
具体实施例方式
请参阅图1，这是本发明的公路收费监管路段的收费监控系统结构示意图。本发明一种公路收费监管路段的收费监控系统，包括设在收费监管路段的入口处(以下简称A处)和出口处(以下简称B处)的路段上的车辆检测装置1、2，分别与各车辆检测装置连接的车道收费终端3、4，以及通过网络9与车道收费终端相连接的数据管理中心(以下简称C处)5，还包括分别悬挂设在收费监管路段的入口处和出口处的车牌识别装置6、7。各车牌识别装置与各自路段设置的车道收费终端相邻，其视角与设置该车辆检测装置的车道正对，并覆盖该路段上设置的车辆检测装置；各车牌识别装置到输入端与各自路段设置的车辆检测装置的输出端连接，其输出端与各自路段设置的车道收费终端相连接。
请参阅图2、图3。图2、图3分别是本发明车牌识别装置外观结构示意图和电方框图。为便于说明，现以车牌识别装置6为例详细描述。
本发明车牌识别装置6包括防护罩61和设在该防护罩内的成像处理电路62。防护罩61靠一根支撑杆63支撑悬挂在高处，其视角与设置该车辆检测装置的车道正对，并覆盖该路段上设置的车辆检测装置。
本发明车牌识别装置的成像处理电路62由图像采集单元621和数字信号处理单元622构成，其中图像采集单元621包括设在防护罩内头部611的摄像头6211和补光装置6212，摄像头6211和补光装置6212通过同步线双向连接保持同步。数字信号处理单元622的输入端与图像采集单元621中的摄像头6211输出端口连接，数字信号处理单元622的输出端与图像采集单元621的补光装置6212的输入端连接，数字信号处理单元611同时通过网络与车道收费终端3连接。
目前牌照识别装置在公路收费系统的应用已经非常普遍，并且都能够实现提供牌照识别结果和车辆图片等功能，其采用的补光设备、摄像头和数字信号处理单元都为现有成熟的设备，在市场上广为使用，例如数字信号处理单元可采用DSP设备、工业控制机或单片机，补光设备采用闪光灯或者LED等；设备间的连接方式一般均采用RS232标准通讯协议，网络一般采用标准以太网接口；基于OCR的牌照识别技术也已经相当成熟，其中的车牌定位、字符分割、字符识别、图像匹配等算法广泛见于公开发表的技术文献中，在此无需赘述。
请参阅图4。本发明公路收费监管路段的收费监控方法，包括以下步骤1)车辆到达高速公路入口检测处，该处车辆检测装置检测到车辆到达并触发与之连接的该处牌照识别装置；2)入口检测处牌照识别装置抓拍图像、识别出牌照号，并实时输出所述车辆的牌照信息，包括牌照号码、车牌二值化图像、车辆图像等；3)A处牌照信息连同A处收费系统产生的车辆收费信息保存到A处，同时通过网络保存到C处；4)同时A处的车辆收费信息和部分牌照信息存入通行卡中，由车辆自行带到B处；5)车辆到达B处，B处车辆检测装置检测到车辆到达并触发与之连接的B处牌照识别装置；6)B处牌照识别装置抓拍图像、识别出牌照号，并输出牌照信息到B处车辆检测装置检测；7)B处的收费系统产生车辆的收费信息，将通行卡所带的A处信息和B处的车辆收费信息和车牌信息，结合C处保存的信息进行自动分析，检查收费数据是否有异常现象；根据分析结论，返回稽查指令给收费系统；8)B处的收费信息和车牌信息保存至C处，形成完整的、可共享的车辆信息数据库，供甄别车辆收费数据所用。
下面以高速公路收费系统为例作进一步说明。
请配合参见图1。图中A处为入口处，B处为出口处，C处通常为路段收费分中心或者收费中心。A、B、C处通过计算机网络连接在一起。
当车辆到达入口A处的时候，车辆检测装置检测到车辆，并触发与之连接的牌照识别器。牌照识别器抓拍图像并进行模数转换后，对数字化的图像进行车牌定位、字符分割、特征提取与字符、颜色识别，得到整个车牌的信息，连同车辆图像一起保存到本地数据库中。入口处A处收费系统产生车辆入口数据，并和牌照号码写入通行卡，由车辆自行带到出口处。同时，完整的牌照信息(包括牌照号码和图像信息)和入口车辆数据传输到数据管理中心C处存储。车辆带着通行卡到达出口B处的时候，车辆检测装置检测到车辆，并触发与之连接的牌照识别器识别车牌照。将出口处收费系统产生出口车辆信息，通行卡上读出入口车辆信息，连同出口处识别的车牌照信息通过通信模块传输到数据处理模块进行收费数据的鉴别，分析其一致性和合理性，判断该笔收费数据是否有异常情况。在判别过程中，有可能会用到C处保存的信息。根据判别结果，系统会返回一个稽查结果给收费系统。需要强调的是，这个收费判别过程是实时的。
通常，在入口处、出口处、收费中心各有一台专门的计算机来处理车牌识别和收费数据，他们之间通过计算机网络传递、共享信息。入口处和出口处的专门计算机一般还存储有与本站相关的收费数据及车辆信息。收费中心的专门计算机存储有全路段的收费数据及相关车辆信息。入口处和出口处的数据定时与收费中心的数据更新、同步。
例如在出口处车辆到达时，系统检测到出口和入口的牌照识别结果无法对应起来，此时收费监管系统进一步分析到在该车辆行驶的路线上，车流量正常，而且车辆没有进入服务区和发生故障报修的记录，但该车辆旅行时间却很长，明显超过合理值，而且在相邻时间段内与其行驶路径相同的其它车辆的旅行时间却是合理的，同时结合该车辆和与该车辆相关车辆的收费历史数据(一般逃费为几辆车合作并且不止一次进行逃费行为)，分析其是否有涉嫌逃费的相关记录，这时在出口处的收费监管系统就会判断该车为可能逃费的车辆，并且通过调入车辆入口处的车辆图片和车辆历史收费数据进行进一步验证，如果进口车辆信息、通行卡记载信息和出口车辆信息无法对应起来，则可以判定车辆为逃费车，在对车辆进行本次作弊处罚的同时，可以根据该车辆的历史信息对以前的作弊行为一并处罚，累计金额达到一定数量的可以追究其刑事责任，既加大了对于作弊车辆的处罚力度，又提高了对于作弊现象的威慑作用。
本发明公路收费监管路段的收费监控系统及其监控方法具有以下特点1、利用了牌照识别技术自动识别车牌信息；2、独立于一般收费系统，形成对收费过程的有效监督；3、实时判别收费数据，判别过程不只利用了牌照信息，还综合利用了收费数据及从其中提取的车辆历史信息；4、通过网络集中存储数据、共享数据。
权利要求
1.一种公路收费监管路段的收费监控系统，包括设在收费监管路段的入口处和出口处的路段上的车辆检测装置，分别与所述各车辆检测装置连接的车道收费终端，以及通过网络与车道收费终端相连接的数据管理中心，其特征在于，还包括分别悬挂设在收费监管路段的入口处和出口处的车牌识别装置，所述各车牌识别装置与各自路段设置的车道收费终端相邻，其视角与设置该车辆检测装置的车道正对，并覆盖该路段上设置的车辆检测装置；所述各车牌识别装置到输入端与各自路段设置的车辆检测装置的输出端连接，其输出端与各自路段设置的车道收费终端相连接。
2.根据权利要求1所述的一种公路收费监管路段的收费监控系统，其特征在于，所述的车牌识别装置包括防护罩和设在防护罩内的成像处理电路，所述的成像处理电路由图像采集单元和数字信号处理单元构成，所述的图像采集单元包括设在防护罩内适当位置的摄像头和补光装置，摄像头和补光装置双向连接保持同步；所述的数字信号处理单元的输入端与图像采集单元中的摄像头输出端口连接，数字信号处理单元的输出与图像采集单元的补光装置的输入端连接，数字信号处理单元同时通过网络与车道收费终端连接。
3.公路收费监管路段的收费监控方法，其特征在于，包括以下步骤1)车辆到达收费监管路段入口检测处，该处车辆检测装置检测到车辆到达并触发与之连接的该处牌照识别装置；2)入口检测处牌照识别装置抓拍图像、识别出牌照号，并实时输出所述车辆的牌照信息；3)入口检测处牌照信息连同该处收费系统产生的车辆收费信息保存到该处车道收费终端，同时通过网络传输到数据管理中心；4)同时入口检测处的车辆收费信息和部分牌照信息存入通行卡中，由车辆自行带到某出口处；5)车辆到达某出口处，该出口处的车辆检测装置检测到车辆到达，并触发与之连接的该处牌照识别装置；6)该出口处的牌照识别装置抓拍图像、识别出牌照号，并输出牌照信息到该处车道收费终端；7)该处的车道收费终端产生车辆的收费信息，并将通行卡所带的入口监测处的信息、该出口处的车辆收费信息和车牌信息，结合数据管理中心保存的入口监测处输出的信息和历史数据以及车流量信息进行自动比对分析，检查收费数据是否有异常现象；根据分析结论，返回稽查指令给该出口处收费终端；8)该出口处的收费终端将最终收费信息和车牌信息保存至数据管理中心，以形成完整的、可共享的车辆信息数据库，供甄别车辆收费数据所用。
4.根据权利要求3所述的公路收费监管路段的收费监控方法，其特征在于，步骤3)中和步骤6)中输出的车牌照信息包括牌照号码、车牌二值化图像、车辆图像。
5.如权利要求3中所述的公路收费监管路段的收费监控方法，其特征在于，步骤7)所述的分析比对的数据包括入口处和出口处的牌照号码比对、入口处和出口处的牌照图像比对、入口处到出口处之间的参考标准旅行时间、入口处和出口处产生的收费数据、存储在数据管理中心的历史收费数据、当前车流量以及行驶路径信息和各种与车辆相关的信息。
6.如权利要求5所述的公路收费监管路段的收费监控方法，其特征在于，所述的入口处到出口处之间的参考标准旅行时间采用根据该车辆行驶的路线上车流量情况，车辆进入服务区和发生故障报修的记录情况，在相邻时间段内与其行驶路径相同的其它车辆的旅行时间动态确定的方法。
7.如权利要求3中所述的公路收费监管路段的收费监控方法，其特征在于，存储在数据管理中心的各种与车辆相关的信息包括含有车牌信息的违章车辆的数据、含有车牌信息的特殊车辆数据库，含有车牌信息的异常收费数据以及收费员信息。
全文摘要
本发明公开了一种公路收费监管路段的收费监控系统及其监控方法。系统包括设在收费监管路段的入口处和出口处的车辆检测装置、车道收费终端、以及数据管理中心，其特点是，还包括设在收费监管路段的入口处和出口处的车牌识别装置，各车牌识别装置视角与设置该车辆检测装置的车道正对，视场覆盖车辆检测装置；各车牌识别装置到输入端与各自路段设置的车辆检测装置的输出端连接，其输出端与各自路段设置的车道收费终端相连接。使用中，将牌照识别技术和基于网络数据库的数据存储处理技术结合起来，形成一个独立于收费系统的收费监管系统，能实时判别收费数据，并对车辆通行数据进行综合处理、检验、告警、存储，对车辆收费过程实现自动、智能监控。
文档编号G07B15/06GK1725248SQ20041005304
公开日2006年1月25日 申请日期2004年7月21日 优先权日2004年7月21日
发明者李月成, 宋焕生, 田维林 申请人:上海高德威智能交通系统有限公司